Analisis Perbandingan Efisiensi Tranformator Tiga Fasa Dengan Belitan Tersier Dan Transformator Tiga Fasa Tanpa Belitan Tersier Chapter III V

(1)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan di Gardu Induk MABAR PT. PLN (Persero).

Penelitian akan dilaksanakansetelah proposal, diseminarkan dan disetujui. Lama

penelitian direncanakan selama 15 hari(mulai tanggal 11-25 Oktober 2016)

3.2Bahan dan Peralatan

Bahan dan peralatan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah

transformetor 3 phasa,alat ukur, dan peralatan lain yang dibutuhkan untuk

melakukan penelitian di Gardu Induk MABAR PT. PLN (Persero). Dimana

Transformator 3 adalah Transformator tiga fasa, tanpa belitan tersier, hubungan

wye-wye. Dan transformator 2 adalah transformtor tiga fasa, dengan belitan

tersier, hubungan wye-delta-wye.

3.3Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian dilakukan dengan pengambilan data denganmelakukan

pengukuran langsung di Gardu Induk MABAR PT. PLN (Persero), lalu

melakukan analisa data dari hasilpengukuran.

3.4Variabel yang diamati

Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah:  Arus pada sisi output saat beban puncak.  Tegangan.

 Beban pada saat beban puncak.  Daya pada system.

(2)

3.5Prosedur Penelitian.

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Pada Gardu Induk Mabar PT PLN (Persero) terdapat 3 unit transformator.

Dan transformator yang hendak dibandingkan ialah Transformator daya2 dan

transformator daya3.

3.6Transformator Daya di Gardu Induk Mabar PT PLN (Persero)

Pada gardu induk Mabar, terdapat 3 unit trafo daya yang digunakan

untukmenyalurkan daya 60MVA dari tegangan 150 kV ke tegangan distribusi 20

kV,mempunyai data-data sebagai berikut : Studyi literature

Pengambilan data transformator

Penarikan kesimpulan dan saran analisisdata

Mulai

(3)

3.6.1 Single Line Diagram Gardu Induk Mabar PT PLN (Persero)

(4)

3.6.2 Transformator Daya 2 (Transformator Dengan Belitan Tersier)

Cooling method : ONAN/ONAF

Rated capacity : 40/60 MVA

Rated voltage : 150/20/10 kV

System Highest voltage : 170/24/12 kV

ReferencePower : 60 MVA

Rated frequency : 50 Hz

Phases : 3

Impedance voltage : 12.38%

Connection : Star-Star-Delta

Vector Group : Ynyn0(d1)

Standart : IEC 76

Gambar 3.3 Rangkaian trafo daya 2 (dengan belitan tersier)

Dari gambar diatas terlihat bahwa terdapat tiga belitan, yaitu belitan wye

untuk rangkaian {1u; 1v; 1w}, belitan wye untuk {2u; 2v; 2w} serta belitan delta

untuk {3u; 3v; 3w}. Pada transformator tiga belitan, kumparan tersier sering

dipergunakan untuk koreksi faktor daya dan untuk pengaturan tegangan. Alat

(5)

3.6.3 Transformator Daya3 (Transformator Tanpa Belitan Tersier)

Cooling method : ONAN/ONAF

Rated capacity : 40/60 MVA

Rated voltage : 150/20 kV

ReferencePower : 60 MVA

Rated frequency : 50 Hz

Phases : 3

Impedance voltage : 13%

Connection : Star-Star

Vector Group : Ynyn0

Standart : IEC 76

Pada gambar dibawah, terlihat transformator terhubung wye-wye. Dimana

terminal transformator langsung dihubungkan ke jaringan. Pada hubungan ini,

ujung-ujung pada masing-masing terminal dihubungkan secara bintang. Titik

netralnya dijadikan menjadi satu.

(6)

3.7Data Pembebanan Transformator Daya Dengan Belitan Tersier

Data pembebanan pada Tabel 3.1 sampai Tabel 3.8, mulai tanggal 11 oktober

sampai dengan tanggal 25 Oktober 2016

3.7.1 Data Pembebanan Tertinggi Siang

Tabel 3.1 Data Pembebanan Tertinggi Siang Transformator Daya

dengan belitan tersier

Tanggal Data

Tegangan Daya Arus

kV MW MVAR A

1 20 20 8 750

2 21 20 8 675

3 20 20 12 825

4 21 19 12 900

5 21 20 8 675

6 20.5 20 7 675

7 20.5 20 9 900

8 20.5 20 8 675

9 21 20 6 600

10 21 20 6 600

11 20 19 6 600

12 20 20 10 750

13 20 20 10 750

14 20 19 9 675

(7)

3.7.2 Data Pembebanan Terendah Siang Transformator Daya Dengan

Belitan Tersier

Tabel 3.2 Data Pembebanan Terendah Siang Transformator Daya

kV MW MVAR A

1 21 9 1 338

2 20.5 10 4 350

3 20 9 4 290

4 20 10 4 305

5 20 9 2 375

6 21 9 1 293

7 20 9 4 328

8 20.5 9 2 275

9 20.5 10 4 325

10 20 9 4 305

11 21 9 5 300

12 21 10 1 438

13 20.5 9 5 343

14 20.5 9 4 388

(8)

3.7.1 Data Pembebanan Tertinggi MalamTransformator Daya

Dengan Belitan Tersier

Tabel 3.3 Data Pembebanan Tertinggi Malam Transformator Daya

Tanggal Data

Tegangan Daya Arus

kV MW MVAR A

1 20 19 10 750

2 20 20 15 900

3 20.5 20 8 750

4 21 19 5 775

5 20.5 19 3 725

6 20 20 10 750

7 20 19 6 675

8 20 20 7 625

9 20 20 8 600

10 20 19 10 675

11 20 20 6 600

12 20 20 10 750

13 20.5 19 6 655

14 20 19 8 675

(9)

3.7.3 Data Pembebanan Terendah Malam Transformator Daya Dengan

Belitan Tersier

Tabel 3.4 Data Pembebanan Terendah Malam Transformator Daya

Dengan Belitan Tersier

kV MW MVAR A

1 21 9 1 388

2 21 10 1 305

3 21 9 1 375

4 20.5 10 1 338

5 21 9 1 350

6 21 9 1 388

7 21 9 3 305

8 21 10 5 375

9 21 9 6 293

10 21 9 5 328

11 21 9 4 275

12 20.5 9 5 328

13 20.5 10 4 275

14 20.5 10 5 325

(10)

3.8 Data Pembebanan Transformator Daya Tanpa Belitan Tersier

Data pembebanan pada Tabel 3.1 sampai Tabel 3.8, mulai tanggal 11 oktober

sampai dengan tanggal 25 Oktober 2016

3.8.1 Data Pembebanan Tertinggi SiangTransformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

Tabel 3.5 Data Pembebanan Tertinggi Siang Transformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

kV MW MVAR A

1 20.2 20 8 738

2 20.3 20 8 698

3 20 20 8 754

4 19.8 19 11 820

5 19.7 20 11 790

6 19.8 19 11 814

7 19.8 20 11 772

8 19.7 20 11 810

9 19.8 20 11 840

10 19.9 20 10 730

11 19.9 20 9 690

12 20.2 19 8 778

13 20 19 9 680

14 20.2 20 7 610

(11)

3.8.2 Data Pembebanan Terendah SiangTransformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

Tabel 3.6 Data Pembebanan Terendah Siang Transformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

kV MW MVAR A

1 20.4 9 3 300

2 20.5 9 3 370

3 20.6 9 1 310

4 20.2 9 3 394

5 20.3 10 1 420

6 20.3 9 0 360

7 20.3 9 2 310

8 20.3 10 2 454

9 20.3 9 2 358

10 20.3 9 2 348

11 20.3 10 5 428

12 20.3 10 1 370

13 20.3 10 1 400

14 20.3 9 1 360

(12)

3.8.3 Data Pembebanan Tertinggi MalamTransformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

Tabel 3.7 Data Pembebanan Tertinggi Malam Transformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

kV MW MVAR A

1 20 20 8 744

2 19.8 19 8 774

3 20.2 20 6 750

4 19.8 20 8 620

5 19.8 19 8 750

6 20.1 20 4 763

7 20 20 9 680

8 20.2 20 7 810

9 20.2 20 8 738

10 20.2 20 4 767

11 19.9 20 8 760

12 20 20 6 868

13 19.9 19 5 742

14 19.8 20 10 824

(13)

3.8.4 Data Pembebanan Terendah MalamTransformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

Tabel 3.8 Data Pembebanan Terendah Malam Transformator Daya Tanpa

Belitan Tersier

kV MW MVAR A

1 20 9 3 360

2 20.3 10 2 379

3 20.3 9 3 348

4 20.1 9 3 426

5 20.4 10 3 434

6 20.5 10 1 480

7 20.6 10 2 400

8 20.7 10 2 346

9 20.3 9 2 392

10 20.4 9 2 372

11 20.3 9 1 422

12 20.2 9 2 280

13 20.3 10 4 305

14 20.3 10 4 321

(14)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1Umum

Transformator yang terpasang di Gardu Induk Mabar PT PLN (Persero)

adalah transformator dengan kapasitas 60 MVA. Terdapat 3 unit transformator

yang terpasang dengan kapasitasdan merk yang, yaitu transformator UNINDO.

Dan transformator yang akan dianalisis adalah transformator 2 dengan belitan

tersier (wye-wye-delta) dengan transformator 3 tanpa belitan tersier (wye-wye).

4.1.1 Daya Semu

Perhitungan daya semu dilakukan dengan persamaan S = √3 xV x I. Dengan

memperhatikan data arus(Ampere) yang tertinggi, maupun yang terendah, maka

dengan menggunakan persamaan, makaakan didapat besar daya semu dari data

pembebanan pada Tabel 3.1 sampai Tabel 3.8, mulai tanggal 11 oktober sampai

dengan tanggal 25 Oktober 2016, Sebagai contoh digunakan data 1

untukpembebanan transformator daya 2dengan belitan tersier saatbebantertinggi

siang.

S = √3 xV x I (MVA)

S = √3 x 20.000 V x 750 A

S = 25.9 MVA

Sedangkan untuk mendapatkan nilai dari cos Ф, dapat dihitung dengan

persamaan :

cos Ф =_{� � �}� �

cos Ф =_{2 .9 � �} 20 �

(15)

4.1.2 Rugi-Rugi Inti

Rugi-rugi inti yang terjadi bernilai tetap (fixed losses), tidak dipengaruhi

besarnya beban[3]. Dari data yang diperoleh dari perusahaan bahwa transformator

daya 2, transformator dengan belitan tersier dan transformator daya 3,

transformator tanpa belitan tersier (merk UNINDO) sama-sama memilikirugi inti

38 kW dan rugi tembaga beban saat penuh sebesar 220 kW.

4.1.3 Rugi Tembaga (Pt2)

Rugi-rugi tembaga adalah rugi tidak tetap (variabel losses), dipengaruhi oleh

besarnya beban. Beban yang berubah-ubahmenyebabkan terjadinya perubahan

arus pada kumparan transformator. Rugi tembaga sebanding dengan kuadrat arus

beban atau kuadrat daya semunya. Untuk mendapatkan rugi-rugi tembaga di

setiap pembebanan, maka dapat dihitungdengan persamaan, dan dengan

mengambil contoh pada data 1 pembebanan transformator daya 2, transformator

dengan belitan tersier, rugi tembaga dapat dihitung:

P

t1 = rugi tembaga beban penuh sebesar 220 KW.

Pt2 = S

S

x P

t1

Pt2 = .9 kVA

kVA x 220 KW

= 41.2 KW

Rugi total = Rugi inti + Rugi tembaga

= 38KW + 41.2KW

= 79,2 KW

4.1.4 Daya Output

Daya output atau daya yang dihasilkan oleh transformator melalui hasil

transformasi dapat dihitung dengan cara berikut:

Pout = V2 . I2 . CosØ2

Pout = 20 Kv . 750 A . 0.769

(16)

4.1.5 Efisiensi Transformator

Untuk mencari efisiensi nilai primer dibawa ke sekunder[4],

η = 2�2 ��

2�2 �� + ∑ ��× 100%

.

Maka, efisiensi dapat dihitung dengan persamaan :

η =_{� + ∑ ��}�� × 100%

η = _. _{� + 9. �}. � × 100% η = 99.318%

Dengan cara yang sama dapat dihitung berapa besar daya semu (S), cos φ, Pcu, Rugitotal, dan efisiensi pada tanggal 11 Oktober sampai dengan tanggal

25Oktober 2016.

4.1.6 Pembebanan dan Efisiensi Transformator Daya

4.1.6.1Data Pembebanan dan Efisiensi Transformator

Tabel 4.1 Pembebanan Tertinggi Siang TD 2 (Dengan Belitan Tersier)

(17)

Tgl P1

Efisiensi rata-rata adalah : 99.322%

Tabel 4.2 Pembebanan Terendah Siang TD 2 (Dengan Belitan Tersier)

Tg

(18)

Tabel 4.3 Pembebanan Tertinggi Malam TD 2 (Dengan Belitan Tersier)

Tabel 4.4 Pembebanan Terendah Malam TD 2 (Dengan Belitan Tersier)

(19)

Tgl P1

Efisiensi rata-rata adalah :99.137%

Tabel 4.5 Pembebanan Tertinggi Siang TD 3 (Tanpa Belitan Tersier)

(20)

Tgl P1

Tabel 4.6 Pembebanan Terendah siang TD 3 (Tanpa Belitan Tersier)

Tgl P1

(21)

Tabel 4.7Pembebanan Tertinggi Malam TD 3 (Tanpa Belitan Tersier)

Tabel 4.8 Pembebanan Terendah Malam TD 3

(22)

Tgl P1

Efisiensi rata-rata adalah :99.115%

4.2 Analisis Hasil Penelitian

Berdasarkan perhitungan diatas maka untuk mempermudah analisa,perlu di

buat grafik yang menampilkan data-datayang telah ada untuk saling dibandingkan.

Berdasarkan data-data di atas, maka beberapa hal yg dapat dijadikanperbandingan

diantaranya di tampilkan pada grafik di berikut ini :

4.2.1 Grafik Perbandingan Daya Saat Pembebanan Terhadap Efisiensi

Transformator

Berikut ini ditampilkan grafik perbandingan antara nilai daya transformator

pada saat pembebanan terhadap besar nilai rugi-rugi dan besar nilai efisiensi yang

dihasilkan oleh transformatordaya 2, transformator dengan belitan tersier dan

(23)

Grafik transformator daya 2 (transformator denganbelitan tersier) saat beban

tertinggi siang terhadap rugi-rugi dan Efisiensi

Gambar 4.1 Daya saat pembebanan terhadap rugi-rugi dan efisiensi TD 2 pada

beban tertinggi siang.

Grafik transformator daya 2 (transformator denganbelitan tersier)saat beban

terendah siang terhadap rugi-rugi dan efisiensi

(24)

tertinggi malam terhadap, rugi-rugi dan efisiensi

Gambar 4.3Daya saat pembebanan terhadap rugi-rugi dan efisiensi TD 2 pada

beban tertinggi malam.

terendah malam terhadap, rugi-rugi dan efisiensi

(25)

Grafik transformator daya 3 (transformator tanpabelitan tersier) saat beban

tertinggi siang terhadap, rugi-rugi dan efisiensi

beban tertinggi siang..

Grafik transformator daya 3 (transformator tanpabelitan tersier) saatbeban

terendah siang terhadap, rugi-rugi dan efisiensi

(26)

tertinggi malam terhadap, rugi-rugi dan efisiensi

beban tertinggi malam.

terendah malam terhadap, rugi-rugi dan efisiensi

(27)

Dari analisis data didapat bahwa besar nilai efisiensi transformator daya 2

(transformator denganbelitan tersier) lebih besar dari nilai efisiensi transformator

daya 3 (transformator tanpabelitan tersier), baik pada saat beban tertinggi maupun

pada saat beban terendah seperti pada Tabel 4.9 dan Gambar 4.9 berikut

Tabel 4.9 Perbandingan efisiensi transformator tiga fasa dengan belitan tersier

dengan transformator tiga fasa tanpa belitan tersier

Trafo dengan

belitan tersier

Trafo tanpa

belitan tersier

Beban tertinggi siang 99.322 99.308

Beban terendah siang 99.134 99.106

Beban tertinggi malam 99.334 99.303

Beban terendah malam 99.137 99.115

Berikut adalah grafik perbandingan rata-rata efisiensi transformator tiga fasa

dengan belitan tersier dan transformator tiga fasa tanpa belitan tersier.

Gambar 4.9 Perbandingan efisiensi transformator tiga fasa dengan belitan

tersier dengan transformator tiga fasa tanpa belitan tersier

(28)

Hal ini disebabkan oleh:

1. Pada hubungan wye-wye, jika beban pada rangkaian trafo tidak seimbang

maka tegangan pada masing-masing fasa trafo menjadi tidak seimbang.

Dengan penambahan belitan delta, maka ketidakseimbangan dalam primer

karena ketidakseimbangan beban tiga fasa akan berkurang. Dalam hubungan

wye/wye, beban tidak seimbang bintang dapat mengakibatkan perpindahan

netral dan harmonik arus ketiga dapat bersirkulasi antara line dan bumi.

Kesulitan-kesulitan ini dapat diatasi dengan menyediakan stabilitas hubungan

delta (kumparan tersier) dengan rating yang cukup untuk mengatasi arus

gangguan hubung singkat.

2. Belitan tersier yang terhubung delta mampu mencegah penyimpangan dari

tegangan line ke netral dan membantu membatasi arus gangguan dalam hal

hubungan pendek dari line ke netral.

3. Hubungan delta pada belitan tersier dapat juga mengurangi arus gangguan.

Hal ini terjadi karena belitan delta mendistribusikannya kebeban secara

merata.Kumparan tersier sering dipergunakan juga untuk penyambungan

peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor

(29)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisis yang dilakukan maka dapat diperoleh

beberapakesimpulan sebagai berikut:

1. Pada Gambar 4.9 terlihat nilai efisiensi transformator denganbelitan tersier

lebih besar dari transformator tanpabelitan tersier.

2. Pada tabel 4.9 nilai rata-rata efisiensi transformator tiga fasa dengan

belitan tersier lebih tinggi dari transformator iga fasa tanpa belitan tersier

pada beban yang sama.

3. Nilai efisiensi transformator dipengaruhi oleh belitan tersier

transformator, dimana efisiensi tertinggi 99,334% pada transformator

denganbelitan tersier, efisiensi tertinggi 99,308% pada transformator tanpa

belitan tersier.

5.2Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah

sebagai berikut

1. Untuk memperdalam tentang penelitian transformator dengan belitan

tersier maupun tanpa belitan tersier dapat membahas tentang regulasi